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第一講:LED 照明驅(qū)動方案選型

發(fā)布時間:2011-08-29 來源:CNT Networks

中心議題:

  • LED照明設(shè)計基礎(chǔ)知識
  • LED照明驅(qū)動方案選型

解決方案:

  • LED通用照明方案選型
  • 便攜設(shè)備及液晶電視LED 背光方案選型
  • 汽車照明LED驅(qū)動方案選型


近年來,隨著LED在光效及成本等幾乎各個方面的持續(xù)改進,其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬,從傳統(tǒng)的便攜設(shè)備背光向中大尺寸LCD顯示器/液晶電視背光、汽車及通用照明等領(lǐng)域不斷邁進。不同的應(yīng)用對LED的要求不同,故需針對不同的應(yīng)用選擇合適的LED驅(qū)動器。安森美半導體提供豐富的LED 驅(qū)動器產(chǎn)品,可滿足各種LED 照明應(yīng)用需求。本文將結(jié)合LED照明設(shè)計基礎(chǔ)知識,重點介紹安森美半導體在各個照明細分市場的應(yīng)用方案,幫助照明設(shè)計工程師選擇合適的方案。

LED照明設(shè)計基礎(chǔ)知識

安森美半導體的產(chǎn)品應(yīng)用總監(jiān)Bernie Weir先生為工程師們傳授LED照明設(shè)計基礎(chǔ)知識,內(nèi)容涉及LED驅(qū)動器的通用要求、電源拓撲結(jié)構(gòu)、功率因數(shù)校正、電源轉(zhuǎn)換能效和驅(qū)動器標準,以及可靠性和使用壽命等其它問題,方便他們更好地設(shè)計入門及提高,從而更好地服務(wù)于LED照明市場。

LED照明設(shè)計基礎(chǔ)知識
http://forexsooq.com/art/artinfo/id/80005389?source=lecture


通用照明方案

安森美半導體有適用于不同功率AC-DC 供電的LED 通用照明方案,覆蓋寬廣的功率范圍。

1)1 W 至8 W 方案
1 W 至8 W 的低功率LED 通用照明應(yīng)用包括G13、GU10、PAR16、PAR20和嵌燈等。這類應(yīng)用的輸入電壓范圍在交流90 至264 V 之間,恒流輸出電流包括350 mA 和700 mA 兩種,能效要求為80%,還要求提供短路和過壓保護等特性。這類應(yīng)用可以采用安森美半導體的NCP1015 自供電單片開關(guān)控制IC。該器件集成了固定頻率(65/100/130 kHz)電流模式控制器和700 V 的高壓MOSFET,具備構(gòu)建強固的低成本電源所需的全部特性,如軟啟動、頻率抖動、短路保護、跳周期、最大峰值電流設(shè)定點及動態(tài)自供電功能(無需輔助繞組)等。

NCP1015 既可用于隔離型方案,也可用于非隔離型方案,見圖1。


圖1  基于NCP1015 的1 W 至8 W 隔離型(a)及非隔離型(b)LED 照明方案

值得一提的是, “能源之星”新版固態(tài)照明標準的一個重要特點是要求多種住宅照明產(chǎn)品的功率因數(shù)最低達到0.7。這類LED 照明應(yīng)用的功率一般在1 W至12 W,最適宜采用隔離型反激電源拓撲結(jié)構(gòu)。但是,現(xiàn)有標準設(shè)計技術(shù)的功率因數(shù)通常不到0.6。要改善功率因數(shù),輕松符合“能源之星”要求,可結(jié)合優(yōu)化的NCP1014LEDGTGEVB 評估板,采用安森美半導體的離線型8 W LED 驅(qū)動器參考設(shè)計。

安森美半導體的NCP1014LEDGTGEVB 評估板可驅(qū)動1 至8 顆大功率高亮度LED。該設(shè)計基于集成了帶內(nèi)部限流功能的高壓電源開關(guān)的緊湊型固定頻率脈寬調(diào)制(PWM)轉(zhuǎn)換器NCP1014 構(gòu)建。由于NCP1014 采用固定頻率工作,電流不能上升到高于某個特定點;導通時間的限制使輸入電流將跟隨輸入電壓的波形,從而提供更高的功率因數(shù)。評估板電路圖見圖2。


圖2  NCP1014LEDGTGEVB 電路圖[page]

2)8 W 至25 W 方案(無PFC 及有PFC)
在8 W 至25 W AC-DC LED 照明應(yīng)用中,一種方案不要求功率因數(shù)校正(PFC),另一種需要符合“能源之星”固態(tài)照明(SSL)規(guī)范規(guī)定的強PFC 要求。該標準適用于一系列特定產(chǎn)品,如嵌燈、櫥柜燈及臺燈,其中,住宅應(yīng)用的LED驅(qū)動器功率因數(shù)須大于0.7,商業(yè)應(yīng)用須大于0.9。

不需要 PFC 的8 W 至25 W AC-DC LED 照明的典型應(yīng)用如PAR30、PAR38和嵌燈。這類應(yīng)用的輸入電壓要求為85 至135 Vac 或185 至264Vac,能效要求大于80%,提供短路保護及開路保護等特性,恒流輸出電流為350 mA、700mA 及1 A 等。為此,可以采用安森美半導體的NCP1028 或NCP1351。NCP1028是一款增強型單片開關(guān)控制IC,提供800 mA 峰值電流,還提供過功率保護、內(nèi)置斜坡補償及輸入欠壓保護等特性,適合在通用寬電源輸入應(yīng)用中提供幾瓦至15 W 的輸出功率。


圖3  基于NCP1028和NCP1351的8-15/25W AC-DC LED照明方案(無PFC)

要求 PFC 的8 W 至25 W AC-DC LED 照明的典型應(yīng)用同上,輸入電壓規(guī)格為90 至264 Vac,其他指標與不需要PFC 的應(yīng)用相同,而功率因數(shù)要求高于0.9。這類應(yīng)用適合采用安森美半導體的NCL30000 單段式功率因數(shù)校正LED驅(qū)動器。單段式拓撲結(jié)構(gòu)無需專用PFC 升壓段,減少了元器件數(shù)量,降低了系統(tǒng)總成本。NCL30000 滿足IEC C 類諧波含量要求,可直接驅(qū)動LED,具備精確恒流輸出控制,在5 W 至15 W 較低輸出功率時能效高于80%,典型能效高于83%,并支持TRIAC 等現(xiàn)有調(diào)光方案。


圖4  基于NCL30000的8-25W AC-DC LED照明方案(有PFC)

3)50 W 至200 W 方案
功率高于50 W 的AC-DC LED 應(yīng)用廣泛用于街道照明及大功率區(qū)域照明。其輸入電壓規(guī)格為90 至264 Vac,功率因數(shù)高于0.9,能效大于85%,提供短路及過壓保護,恒流輸出為350 mA、700 mA 和1 A。此類應(yīng)用可以采用單段式PFC LED 驅(qū)動器NCL30001 、CrM PFC+ QR PWM 驅(qū)動器NCP1607+NCP1377,以及CrM PFC+ LLC PWM 驅(qū)動器NCP1607+NCP1397或NCP1392/3,以滿足不同需求。


圖5 基于NCL30001的40-150W AC-DC LED照明方案[page]

便攜設(shè)備及液晶電視LED 背光方案

隨著LED性能及成本的改善,現(xiàn)在LED被廣泛應(yīng)用在便攜設(shè)備和大尺寸LCD背光中。便攜應(yīng)用要求延長電池使用時間,減小占板面積和高度。安森美半導體的多種低壓便攜產(chǎn)品背光應(yīng)用LED 驅(qū)動器方案可用于線性、電感型及電荷泵型等不同拓撲結(jié)構(gòu)。其中,電感型方案總能效最佳,電荷泵型方案的占板面積和高度最小,線性驅(qū)動器則適合簡單背光應(yīng)用。

安森美半導體的CAT3200、NCP5602、NCP5612、NCP5623、CAT3606、CAT3616、CAT3626、CAT3603、CAT3604、CAT3614、NCP5603 等支持電荷泵方案的不同調(diào)光型產(chǎn)品,如單模、雙模、三?;蛩哪7桨傅?。以NCP5623為例,這是一款高能效LED 驅(qū)動器,帶有I2C 接口,內(nèi)置漸進調(diào)光功能,特別適用于驅(qū)動手機等便攜產(chǎn)品的RGB LED 裝飾光和增強型LCD 背光。它可實現(xiàn)94%峰值能效和低于1 微安的待機電流,將便攜設(shè)備電池工作時間延至最長。該器件封裝極小,僅需4 個無源元件,并具備短路和過壓保護功能。

采用NCP1397 和CAT4026的46 英寸液晶電視背光方案由LED 背光轉(zhuǎn)換器(NCP1397 等器件)和LED 控制器(CAT4026 等器件)組成。安森美半導體的NCP1397 初級端控制器配合帶正向電壓監(jiān)測功能的6 通道線性LED 驅(qū)動器CAT4026 等器件,支持低高度LED 背光液晶電視設(shè)計,使電路板上高度低于8 mm,總高度低于12.5 mm,還可以很好地處理寬范圍調(diào)光、散熱、故障保護等問題,使電源設(shè)計挑戰(zhàn)迎刃而解。

CAT4026 是應(yīng)用于大尺寸側(cè)光式LED 背光液晶電視的多通道線性LED 驅(qū)動器的高性價比方案,可以單顆IC 支持6 通道,且易于分級為多達12 個或18個通道(相應(yīng)采用2 個或3 個控制器),目標能效高于90%,典型能效達94%。此外,該驅(qū)動器還提供正向電壓監(jiān)測功能,可以限制總體功耗;還能為LED 開路及過多LED 短路等不同LED 串故障提供保護。


圖6 基于CAT4026的液晶電視LED背光方案

汽車照明LED 驅(qū)動方案

LED在汽車照明中的應(yīng)用多種多樣,不同應(yīng)用對LED電流的要求又各不相同,故需要結(jié)合具體應(yīng)用要求,選擇適合的LED驅(qū)動器方案。
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安森美半導體針對LED汽車前照燈系統(tǒng)開發(fā)了NCV78663電源鎮(zhèn)流器及雙LED驅(qū)動器。NCV78663是先進的高可靠性、高能效的系統(tǒng)級芯片(SoC) LED驅(qū)動器,支持達2 A電流,提供高于90%的總能效,驅(qū)動高達60 V電壓的多串LED,能以PWM調(diào)光維持色溫及控制平均電流,使設(shè)計人員能夠以一顆高集成度的SoC控制遠光燈及近光燈、日間行車燈、轉(zhuǎn)向指示燈及霧燈,所需外部元件極少。這器件通過SPI接口與外部微控制器通信,在上電后動態(tài)地控制系統(tǒng)參數(shù)、檢測LED工作狀態(tài)并反饋診斷信息。圖4顯示的是NCV78663在先進的汽車前照燈應(yīng)用中的電路圖。


圖7 基于NCV78663的汽車LED前照燈應(yīng)用電路圖

此外,安森美半導體針對尾燈、方向燈、剎車燈及車頂燈等系統(tǒng)的驅(qū)動器主要有NUD4001及NUD4011線性LED驅(qū)動器。這兩款器件的設(shè)計均用于在交流-直流應(yīng)用中替代分立方案,設(shè)計人員能夠利用外部電阻針對不同LED陣列設(shè)置驅(qū)動電流。不同的是,NUD4001適合于5 V、12 V或24 V的低壓應(yīng)用,而NUD4011則最高支持200 V電壓。圖5是用NUD4001 器件驅(qū)動一個200mA 的LED 的車廂頂燈電路。


圖 8:用NUD4001 器件驅(qū)動一個200mA 的LED 的車廂頂燈電路

總結(jié)

安森美半導體運用其在低壓、高壓技術(shù)及電源管理方面的專長,為各種應(yīng)用提供全面的LED 驅(qū)動解決方案。這里介紹的只是安森美半導體眾多方案的極小部分。除了通用方案,安森美半導體還開發(fā)專用的LED 驅(qū)動器,以滿足不斷演變的便攜、消費、工業(yè)及汽車市場的特定需求。

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